蔗糖的转化.docx

物理化学实验报告

实验名称： 蔗糖的转化
学 号：
班 级：
姓 名：
实验日期：

一、实验目的
1. 利用物理分析法（借旋光度改变）测定蔗糖水解反应速率常数k及半衰期t1/2。
2. 掌握影响反应速率与反应速率常数的诸多因素。
3. 熟悉旋光仪的基本原理及使用方法。
二、 实验原理
蔗糖水解反应的计量方程式为：
C12H22O11+H2O ==== C6H12O6 + C6H12O6
蔗糖葡萄糖果糖
蔗糖水解速率极慢，在酸性介质中反应速率大大加快，故H3O+为催化剂。反应中，H2O是大量的，反应前后与溶质浓度相比，看成它的浓度不变，故蔗糖水解反应可看做一级反应。其动力学方程式如下：
－=K1C 积分式为：ln=K1t
∴ K1 =ln或 K=lg　反应的半衰期= （1）
K1：速率常数t：时间Co：蔗糖初始浓度C：蔗糖在t时刻的浓度
可见一级反应的半衰期只决定于反应速率常数K，而与反应物起始浓度无关。若测得反应在不同时刻时蔗糖的浓度，代入上述动力学的公式中，即可求出K和。
测定反应物在不同时刻浓度可用化学法和物理法，本实验采用物理法即测定反应系统旋光度的变化。蔗糖及其水解产物均为旋光性物质，蔗糖是右旋的，但水解后的混合物葡萄糖和果糖则为左旋，这是因为左旋的果糖比右旋的葡萄糖旋光度稍大的缘故。因此，当蔗糖开始水解后，随着时间增长，溶液的右旋光度渐小，逐渐变为左旋，即随着蔗糖浓度减小，溶渡的旋光度在改变。因此，借助反应系统旋光度的测定，可以测定蔗糖水解的速率。
所谓旋光度，指一束偏振光，通过有旋光性物质的溶液时，使偏振光振动面旋转某一角度的性质。其旋转角度称为旋光度（）。使偏振光按顺时针方向旋转的物质称为右旋物质，为正值，反之称为左旋物质，为负值。物质的旋光度，除决定于物质本性外，还与温度、浓度、液层厚度、光源波长等因素有关。当蔗糖水解反应进行时，右旋角度不断减小，当反应终了时，系统经过零度变为左旋。蔗糖水解反应中，反应物与生成物都具有旋光性，旋光度与浓度成正比，且溶液的旋光度为各组成旋光度之和（有加和性）。
当反应进行到某一时刻，体系的旋光度进过零点，然后左旋角不断增加。当蔗糖完全转化时，左旋角达到最大值∞。设蔗糖尚未转化时，体系最初的旋光度为0=K反C0，体系最终的旋光度为∞=K生C0。K反，K生分别为反应物与生成物的比例系数，C0为反应物的初始浓度，也是生成物的最后浓度，当反应时间为t,蔗糖的浓度为C，旋光度为t。
t=K反C+K生(C0-C)。

C0=C∞=K（0-∞），C-C∞=K（t-∞）
C0=K（0-∞），C=K（t-∞）
==k1t

若以ln（at- a∝）～t作图，得一直线，由直线斜率可求出速率常数k1。根据（1）式可求反应的半衰期。

三、实验仪器和试剂
实验仪器：旋光仪，停表，恒温水浴一套，移液管（50mL），磨口锥形瓶（100mL），烧杯（100mL），台秤，洗耳球。
实验试剂：蔗糖（A.R），盐酸（3mol·L-1,，A.R）。
四、实验步骤
一、旋光仪的校正
1、了解和熟悉旋光仪的构造和使用方法。
2、开启水浴恒温的电源开关，并将水浴温度槽的温度控制在60℃。
3、旋光仪零点的校正蒸馏水为非旋光物质，可用它校正仪器的零点。将旋光管的一端盖子旋紧，由其另一端加入蒸馏水，然后旋紧套盖，但不要过紧，以不漏水为准。如果管中有气泡，可将气泡导入旋光管粗肚部分。用滤纸将旋光管外部擦干。旋光管两端的玻璃片可用镜头纸擦净。打开光源，把旋光管放入旋光仪内，调整目镜焦距使视野清楚。然后旋转检偏镜至视野中所观察到明暗相等的三分视野为止。记下检偏镜之旋转角，重复几次，取平均值。此值为仪器的零点。
二、测定
1、配制蔗糖溶液：用天平称取10g蔗糖放入烧杯内，加少量蒸馏水溶解后转移到50mL容量瓶中，稀释至刻度。
2、旋光度的测定：将50mL配置好的蔗糖溶液，置于干净的锥形瓶中，再用50mL移液管吸取3moL·L-1HCL注入蔗糖溶液中。当盐酸溶液流出一半时，开始计时（作为反应开始的时间）。HCL全加入后混合均匀，迅速用少量的混合溶液洗旋光管两次，然后将反应液加入旋光管内，测量各时间的旋光度（操作必须迅速），先记录时间，再度旋光度。
反应开始时，反应速录较快，前15分钟每两分钟测一次，以后反应速率变慢，每次测量的时间间隔适当延长10分钟，从而反应大约连续测量100分钟（1小时后15分钟测一次）。
3、∞的测定
在上述测定开始后同时将装有所剩余反应混合液的磨口锥形瓶放在50~60 ℃的水浴中反应0.5~1小时。然后冷却至试验温度，则其旋光度即为∞水浴温度不可过高，锥形瓶不要浸的太深，要盖好瓶塞。试验结束后洗净样品管。

五、 数据记录与处理
实验温度：25.5 ℃ 盐酸浓度：2 mol.L-1∞：-2.60

计时
时间（min）
t
t -∞
lg（t-∞）
1
0

2
5.013
12.40
15.00
1.176
3
7.013
11.70
14.30
1.155
4
9.013
10.08
12.68
1.103
5
11.013
9.96
12.56
1.099
6
13.016
9.90
12.50
1.097
7
15.013
9.85
12.45
1.095
8
17.013
9.67
12.27
1.089
9
27.013
7.70
10.30
1.013
10
37.013
6.10
8.70
0.940
11
47.013
4.80
7.40
0.869
12
57.013
3.00
5.60
0.748
13
72.013
-1.60
1.00
0

以上数据以lg（t-∞）为纵坐标，以t为横坐标作图，从而算出k

由图可以得：k= -0.013
反应的半衰期：=ln2/k=0.6931/0.013=53.32 min

六、 实验讨论
1、实验中所测的旋光度t为什么不必零点校正？
答：主要是因为蒸馏水没有旋光性，其旋光度为零，其次是因为它无色透明，方便可得，化学性质较为稳定。蔗糖溶液以蒸馏水作溶剂，蔗糖转化反应过程中，无须再作零点校正，因都以蒸馏水作校正，只需校正一次。
2、蔗糖为什么可用上粗天平称量?
答：蔗糖水解为一级反应,反应物起始浓度不影响反应速度常数，又因为蔗糖浓度大用量较多，量值的有效数字位数较多，故不需要精确称量，只要用上粗天平称量就可以了。